洞庭湖湿地3种典型植物群落土壤酶活性特征

调查了洞庭湖湿地典型植物群落(短尖苔草(Carex brevicuspis)、南荻(Triarrhena sacchariflora)、辣蓼(Polygonumhy dropiper))洪水期前后(5、10月)两次表层土壤酶活性及土壤养分性状.结果表明:3种典型群落之间具有明显的土壤养分性状及土壤酶活差异.辣蓼群落具有相对较高的土壤有机质、全氮、全磷、速效磷含量,短尖苔草群落次之,而南荻群落的土壤养分含量最低.3种典型植物群落的土壤有机质、全氮、全磷含量均表现为5月高于10月,土壤速效磷、速效钾洪水期前后无显著差异.辣蓼群落的蔗糖酶活性明显高于其他2个群落;3个群落脲酶活性均表现为10月高于5月,南荻、辣蓼群落有显著差异.磷酸酶以南荻群落最高,短尖苔草群落5月显著高于10月,南荻群落则10月显著高于5月;短尖苔草、南荻群落过氧化氢酶活性显著高于辣蓼群落,短尖苔草群落5月与10月间有显著差异,其余2个群落无显著差异.相关分析表明:脲酶活性与土壤养分含量关系不密切;蔗糖酶活性与土壤有机质、全磷、全氮及速效磷素含量均呈显著正相关.总体上,洞庭湖典型湿地植物群落显示了较为明显的土壤理化状况以及土壤酶活差异;同时也显示了季节性差异.相对而言,辣蓼群落土壤具有较快的物质循环与转化代谢速率,对于氮、磷等污染物具有较高的转化作用,而短尖苔草、南荻群落低于辣蓼群落,这可能与二者较低的土壤有机质以及氮磷养分积累有关.     

洞庭湖湿地土壤种子库特征及其与地表植被的相关性

本文研究洞庭湖三种分布于不同水位的主要群落(荻、苔草、虉草)土壤种子库大小组成、垂直分布特征及其地表植被的相关性.结果表明:荻群落土壤种子库密度最高,为44656粒/m2,苔草群落的最低,为15146粒/m2,虉草群落的居中,为31725粒/m2.种子主要分布于土壤表层(0～5 cm),且随土壤剖面深度的增加而迅速递减.三种群落湿地种子库由53种植物组成,分属18科39属,其中多年生物种20种,一或二年生物种33种.在荻、苔草和虉草三种群落中,种子库的多年生物种分别占29.9%、35.2%和38.0%,物种多样性指数分别为0.76、0.70和0.72;地表植被物种多样性指数分别为0.53、0.17和0.45,土壤种子库与相应地表植被相似性系数分别为0.40、0.28和0.52.可见,在洞庭湖这一通江湖泊湿地,多年生地表植被所产生的种子对土壤种子库大小贡献相对有限,种子库可能主要通过其它途径(如水的流动作用)输入.     

洞庭湖湿地植物生活型与生态型

研究植物生活型和生态型可以深刻解析植物群落结构和其环境的关系,对研究植物群落的发生、发展以及演替规律都具有重要意义.通过对洞庭湖湿地植物群落物种生活型及生态型进行调查研究,结果表明:洞庭湖湿地植物主要生长型为草本植物,其次为藤本植物,木本类植物缺乏;生活型主要为一年生植物,其次为地下芽和地面芽植物,高位芽和地上芽植物最少.在不同典型群落中,高位芽和地上芽植物在不同群落中所占比重随着高程的递增而增加,且相同生活型在不同群落中所占的比重也随高程的递增而增加.植物生态型构成中,水分生态型以湿生植物为主,土壤pH值生态型以中性土植物最多,光照强度生态型以阳性植物为主,淤积生态型以非淤积植物最多.洞庭湖湿地不同高程典型植物群落生态型组成为:阳性、旱生、中生、碱性,中性、非淤积型植物主要分布于高、中程区,淤积植物主要分布于低程区;阴性、耐阴性、酸性、碱性、非淤积型植物随高程的递增而递增.在洞庭湖湿地,能同时适应洪水和泥沙淤积胁迫的生长型和生活型所占比例较高.水分是决定不同植物生态型分布的关键因子,在湿地高程区分布的物种更多,植物生态型更丰富.     

火烧对洞庭湖湿地荻(Miscanthus sacchariflorus)和苔草(Carex brevicuspis)群落土壤性质的影响

火烧作为调控因子,对植物群落结构和生态系统功能具有重要影响,但在湖泊湿地中研究较少.通过野外调查取样与实验室分析,探讨火烧对洞庭湖湿地主要群落类型——荻(Miscanthus sacchariflorus)和苔草(Carex brevicuspis)土壤化学性质的影响.结果表明:火烧后,苔草群落土壤硝态氮含量显著减少64.6%,有机质含量增加26.3%;而荻群落土壤与之相反,硝态氮含量增加186.9%,有机质含量减少22.9%.火烧后,苔草群落的全氮、铵态氮、全碳和全磷含量均显著增加,分别增加了75.4%、36.3%、102.7%和76.9%,而荻群落土壤与对照组间无显著差异.总体上,火烧对荻群落土壤养分影响不大,可作为芦苇场的一种管理方式,但火烧促进苔草群落土壤养分释放,有助于苔草群落提前萌芽和生长,并引起牲畜牧食增加.     

南洞庭湖杨树(Populus deltoides)清理迹地恢复初期涨水前后土壤种子库特征

本文研究了南洞庭湖杨树清理1 a、2 a后的迹地（简称1 a和2 a）和未清理杨树洲滩（ck）涨水前后土壤种子库特征变化及其与地上植被的关系.结果显示：杨树清理迹地土壤种子库共萌发物种23科59属65种,涨水前后土壤种子库密度和种类均表现出1 a > 2 a > ck的趋势,且随着土层加深而递减.退水后ck、1 a、2 a不同土层物种数量和密度较涨水前均有所减少,其中一或二年生物种较涨水前有所减少,多年生物种占比增加;湿生物种与中生物种数目较涨水前均有所减少,而2 a土壤种子库中生物种比例较涨水前有所增加.涨水前后土壤种子库Shannon-Wiener和Simpson指数变化较小,退水后Margalef指数较涨水前有所下降.退水后地上植被物种Shannon-Wiener和Simpson指数高于涨水前地上植被,而Margalef指数有所下降.涨水前Sørensen相似性系数表现为1 a > 2 a > ck的趋势,退水后表现为2 a > 1 a > ck的趋势,涨水前后不同恢复年份土壤种子库和地上植被优势物种所占比例有所差异.研究表明,南洞庭湖杨树清理迹地退水后土壤种子库密度和种类显著下降,随着恢复年份和水淹频次的增加,一或二年生物种迅速减少,多年生物种比例增加,地上植被物种均匀性有所增加,可见水文因子是影响南洞庭湖杨树清理迹地种子库恢复能力的重要因素.     

湖北梁子湖湿地土壤养分的分布特征和相关性分析

对湖北梁子湖农业湿地土壤有机质、N、P、K的分布特征进行了研究.结果表明,土壤表层有机质含量在24.203-56.815g/kg之间,TN、TP、TK分别为1.385-2.911g/kg、0.406-0.523g/kg和14.68-26.77g/kg.五类土壤中有机质、TN、TP、TK在水平分布上是随地形部位升高(地下水位降低)而降低,即从沼泽型→潜育型→侧渗型→潴育型→淹育型渐次降低.土壤剖面中,有机质、TN、TP、TK从表层到底层逐渐降低,仅在淹育型土壤中TK是从上向下逐渐升高.侧渗型水田由于湖水脉动漂洗作用使剖面底层的有机质、TN、TP、TK都低于其它四类土壤.土壤表层中速效N、P分布特征与TN、TP相似,但速效K的变异较大.土壤表层中有机质、TN、TP、TK之间有良好的相关性,而剖面中有机质与TN也高度相关.此外,沼泽型土壤有机质与TK及TN与TK显著相关,而淹育型土壤剖面中TP与TK显著负相关.     

鄱阳湖湿地土壤中Fe、Mn的迁移特征及其与水位周期变动的关系

对鄱阳湖地区蚌湖水下沉积物、滩地草甸土柱状样品不同深度土壤的酸度、氧化还原电位进行了现场测定;对剖面各层次的Ｆｅ、Ｍｎ总量,还原性Ｆｅ、Ｍｎ含量,以及有机质等进行了分析。实验表明：鄱阳湖湿地土壤中Ｆｅ、Ｍｎ有其独特的分布规律和迁移特征。元素Ｆｅ仅在水土界面轻微富集,Ｍｎ则向界面和深层双向富集;还原性Ｆｅ、Ｍｎ受氧化还原边界层的控制呈垂向分布。另外,元素Ｆｅ、Ｍｎ的水平迁移与水位变动相关,退水时Ｆｅ     

鄱阳湖典型洲滩湿地土壤含水量和地下水位年内变化特征

湿地植被空间分布受多个水分因子共同影响,为了探求鄱阳湖典型洲滩湿地不同植被类型下地下水、土壤水的变化特征,本文选择鄱阳湖吴城湿地保护区内一个长约1.2 km的典型洲滩湿地为实验区,建立了气象-土壤-水文联合观测系统.对观测的气象、水文要素进行分析发现:(1)洲滩湿地地下水位年内呈单峰变化,季节性差异显著,最大埋深可达10 m,出现在1月份,丰水期8月份地下水位最高时可出露地表,且地下水位与湖泊水位变化具有高度一致性;(2)由远湖区高地至近湖区低地,不同植被带中地下水平均埋深变化为藜蒿带(4.76 m)芦苇带(2.87 m)灰化薹草带(1.61 m).地下水埋深小于50 cm的持续时间分别为:藜蒿带27 d、芦苇带112 d、灰化薹草带170 d;(3)土壤平均含水量沿不同植被带梯度变化为:藜蒿带最小(15.9%),芦苇样带(40.7%)和灰化薹草样带(43.7%)较大.土壤含水量年内变幅为:藜蒿带最大(2.5%~55.2%),芦苇带和灰化薹草带相对较小,分别为22.1%~48.1%和28.4%~54.1%;(4)不同植被带土壤含水量季节变化规律不同,藜蒿带土壤含水量年内呈单峰型,仅夏季土壤含水量较高,其余季节均在10%左右,而芦苇带和灰化薹草样带春、夏、秋季均维持较高含水量(42%以上),仅冬季水分含量较低.     

内陆盐沼湿地土壤碳氮磷剖面分布的季节动态特征

本文以向海湿地为例探讨了内陆盐沼湿地土壤剖面中碳氮磷等生源要素的季节动态变化特征及其影响因素.结果表明,内陆盐沼湿地土壤中有机碳、全氮和全磷含量与土壤深度之间存在显著负相关,在剖面中均表现为由表层向下层其含量不断减少的趋势,且具有明显的季节波动特征,除表层土壤碳氮含量随季节变化呈持续增加外,生源要素剖面分布的季节变化基本表现为先减少后增加的趋势.有机碳、全氮和全磷含量之间关系密切,且三者受土壤粒度的影响都非常显著.土壤pH值仅与土壤有机碳之间存在显著的相关关系,而对全氮和全磷含量的影响则不显著.     

入湖河口湿地四种植物群落类型的土壤氮素空间分布特征

对江苏省溧阳市大溪水库的洙漕河河口湿地中香蒲、水蓼、灯心草和芦苇四种植物生物量、氮含量及植物群落的土壤氮素分布特征进行研究,结果表明:四种植物地上生物量、地上组织氮含量、地下生物量、地下组织氮含量存在显著差异;土壤烧失量(LOI)、总氮(TN)、硝态氮(NO₃^--N)在垂直分布上表现为由表层向下减少的总体分布趋势,铵态氮(NH₄⁺-N)浓度的剖面变化呈现先减少后增加的趋势;四种植物群落土壤氮浓度各不同,但均大于对照,以有机氮为主,说明湿地具有一定的储氮能力;不同的植物群落影响湿地氮素的分布.相关性分析显示,土壤LOI与TN、NO₃^--N和NH₄⁺-N均存在极显著相关性,无机氮构成比例较小,仅为1.41%,表明土壤中的氮素主要以有机氮的形式存在;土壤氮浓度与植物生物量及组织氮含量相关性不大,说明土壤氮形态浓度不仅受到植物生长的影响,同时也可能受到植物根区环境、微生物数量与活性等的影响.     

水位对洞庭湖湿地4种典型沉水植物的影响

近年来,受全球变化及高强度人为干扰的影响,湿地退化严重(洞庭湖湿地枯水期提前、枯水期水位持续降低和浅水洼地减少),导致洞庭湖湿地沉水植物大面积消亡.深入研究洞庭湖低水位对沉水植物的生长影响,对指导沉水植物恢复有重要意义.以我国典型通江湖泊洞庭湖典型沉水植物为研究对象,模拟野外沉水植物主要分布区域浅水洼地水文环境,设置4个水位梯度(25、50、75、100 cm),探讨竹叶眼子菜(Potamogeton malaianus)、黑藻(Hydrilla verticillata)、苦草(Vallisneria natans)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum)的生长、生物量和生理活性对水位变化的响应.结果显示:(1)前期底质养分含量为:总氮0.09%、总磷0.09%、总钾3.04%、碱解氮20.87 mg/kg、速效磷10.7 mg/kg、速效钾326.67 mg/kg、硝态氮6.97 mg/kg、氨氮6.59 mg/kg、有机碳1.21%、有机质2.09%,2个月后,不同水位的底质养分含量有差异,100和75 cm水池的养分含量高于50和25 cm,氨氮、有机质和有机碳含量在25 cm水位的水池较高;(2)75 cm水位适合竹叶眼子菜和黑藻生长,100 cm水位适合苦草和金鱼藻生长;(3)100 cm水位有利于竹叶眼子菜的繁殖及生物量积累,75 cm水位有利于黑藻和金鱼藻的繁殖及生物量积累,50 cm水位有利于苦草的繁殖及生物量积累;(4)100 cm水位下的沉水植物酶活性强,75和50 cm水位下的沉水植物次之,25 cm水位下的最弱.以上结果表明,4种沉水植物的生长特征和生物量积累随水位变化,在水域生态恢复中应考虑将水位控制在50~100 cm之间,这样有利于促进种群生物量和水生生态系统的恢复.     

洞庭湖荻-苔草群落交错带植被动态及影响因子——以北洲子洲滩为例

近年来,受全球变化及高强度人类活动的影响,洞庭湖湿地群落分布带不断下移,引发了人们对其湿地服务功能下降的担忧.以洞庭湖北洲子洲滩为例,采用野外样带调查和室内分析相结合的方法,对洞庭湖湿地荻-苔草群落交错带植被和环境特征进行研究,以期揭示荻-苔草群落交错带动态变化和影响其变化的关键环境因子.结果表明:土壤含水量随高程增加呈逐渐降低的趋势,土壤总碳、总氮、总磷含量和p H值在样带间差异显著,但土壤电导率和总钾含量在样带间无显著差异.各样带物种丰富度和香农指数随高程增加整体上呈先降低再增加的趋势.荻生物量随高程增加呈逐渐增加的趋势,而苔草生物量呈先增加后减少的趋势.典型相关分析表明,土壤含水量与二者生物量及群落丰富度、多样性间具有很好的相关性,表明土壤含水量是调控该群落交错带植被动态变化的关键环境因子.     

洞庭湖湿地洪水期甲烷扩散和气泡排放通量估算及水环境影响分析

水体甲烷（CH₄）主要通过气泡和扩散传输排放到大气,这两种途径在CH₄总排放中的相对贡献及环境影响因子目前关注较少.本文以洞庭湖湿地3种生境类型（光滩、苔草、芦苇）为研究对象,通过静态箱法和扩散模型法估算洪水期CH₄总排放通量、扩散排放通量和气泡排放通量,并分析其水体环境因子影响.结果表明：苔草地CH₄总排放量最高,为6.49±3.12 mg（C）/（m²·h）.在3个生境中,CH₄扩散排放占总排放通量的1.34%~3.91%,气泡排放占96.09%~98.66%.扩散排放通量受水体pH、电导率和水温的影响,而CH₄的总排放和气泡排放主要受水温的影响.当水温低于11.7℃时,水体CH₄以扩散排放为主,但当水温高于11.7℃时,水体CH₄主要通过气泡排放.但这一温度阈值是否同样适用于其他类型湿地还需要更多实验验证.本研究对于揭示中低纬度内陆湖泊水体CH₄排放过程有重要意义.     

洞庭湖南荻(Triarrhena lutarioriparia)腐解对水质的影响

洞庭湖区南荻下游产业造纸行业于2019年整体退出,使得大量南荻无法被刈割利用而滞留于湖区腐解.为评估未刈割南荻残体腐解对洞庭湖水环境影响,本研究探究了沉积物湖水模拟体系内不同生物量南荻腐解过程水质变化特征.实验结果表明:在90 d腐解过程中,不同南荻生物量下(0～2 g/L)腐解体系上覆水COD、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)、总磷(TP)水质指标浓度均呈现"急速上升快速下降缓慢恢复"趋势,其中,COD和TP浓度均在腐解第5天时急速上升至最高值.腐解体系内南荻生物量对水质影响显著,相同腐解时间下,随着南荻投加量增加,上覆水溶解氧(DO)浓度越低,NH3-N、TN、TP、COD水质指标浓度越高.当南荻投加量为2 g/L时,上覆水COD、NH3-N、TN和TP水质指标浓度可分别高达46.00、4.11、6.84和1.14 mg/L,分别是空白组的2.60、1.58、1.42和8.14倍.当腐解时间为90 d时,南荻投加量为0～1 g/L条件下,腐解系统上覆水水质基本恢复至未腐解时水平;当南荻投加量增加至2 g/L,上覆水NH3-N、TN和TP浓度仍分别为未腐解时的0.59、0.35和2倍,DO仅为初始浓度的16.6%.总体上,南荻腐解可造成短期内营养盐及有机组分浓度显著上升,且其腐解对水质的影响程度随着其生物量的增加而显著增强,以上结果可为造纸业退出后洞庭湖南荻管控提供科学依据.     

近30年洞庭湖季节性水情变化及其对江湖水量交换变化的响应

江湖水量交换的变化影响着通江湖泊洞庭湖的水情,进而影响湖区社会经济及生态的可持续发展.以洞庭湖城陵矶站、南咀站以及长江干流宜昌站、螺山站1981-2012年逐日水位、流量观测数据为基础,采用单位根检验、方差分析和水位-流量绳套曲线等方法对洞庭湖季节性水情变化特征进行提取,并探究江湖水量交换变化对其产生的影响.研究表明:近30年来洞庭湖水情呈阶段性特征,与相对稳定的1981-2002年相比,2003-2012年湖泊水位总体呈下降趋势,年均水位下降0.43 m;枯、涨、丰、退水期各季水情变化特征为:2003年以后洞庭湖丰水期水位平均下降0.60 m,呈现出"高水不高"现象;退水期水位平均下降1.49 m,退水加快;枯水期水位略有上升,平均上升0.18 m;涨水期水位变化不明显.湖泊退水期水位降幅最为明显,尤其是10月大幅下降,平均下降2.03 m,有提前进入枯水期的趋势.水情变化与江湖水量交换变化密切相关:丰水期,三口(松滋、太平和藕池)分流量减小在一定程度上降低湖泊水位;退水期,三口分流量减小叠加城陵矶出口长江水位下降对洞庭湖产生拉空作用,湖泊出流加快水位被拉低;枯水期,主要是1 3月,城陵矶出口长江水位上升对湖泊顶托作用增强,湖泊出流减缓水位略有抬升.     

西洞庭湖天然和人工改造湿地中克氏原螯虾(Procambarus clarkii)与日本沼虾(Macrobrachium nipponense)的食性差异

栖息地退化和外来物种入侵都是淡水生态系统中的主要威胁因素,因此,量化不同人类活动干扰强度下外来入侵生物和本土生物的食性组成差异,对于明确种间竞争强度,制定适合的管理对策至关重要.本研究应用碳、氮稳定同位素分析技术,比较了长江中下游西洞庭湖湿地受人类活动干扰程度不同的天然湿地和人工改造湿地中的入侵种克氏原螯虾(Procambarus clarkii)与本土种日本沼虾(Macrobrachium nipponense)的食性组成及差异.2017年8月8-18日在西洞庭湖区不同人类干扰强度的栖息地中采集了两种消费者和5种潜在食物来源样品,共计91个.测定碳氮稳定同位素含量后,使用贝叶斯混合模型,估算不同食物来源对消费者的贡献.研究发现:在两种栖息地中克氏原螯虾与日本沼虾食性均有重叠,且在改造湿地中重叠度更大.与克氏原螯虾相比,日本沼虾消费更多的动物性食物.与天然湿地相比,在改造湿地中由于克氏原螯虾数量更多,与本土种竞争食物资源,克氏原螯虾和日本沼虾δ¹³ C比值都显著升高,食性组成均发生了变化,植物性食物来源比重增加.由于食性改变,在改造湿地中仅日本沼虾δ¹⁵ N比值显著下降,克氏原螯虾在两种栖息地中δ¹⁵ N比值无显著变化.本研究证明,随着人类干扰强度增大,受干扰湿地中外来入侵生物对本土生物的影响增大.     

洞庭湖不同水位高程下南荻(Triarrhena lutarioriparia)种群分布格局及生长动态

通过野外不同水位高程固定样地多次调查,结合方差/均值比率法研究了不同水位高程下洞庭湖湿地南荻(Triarrhena lutarioriparia)种群分布格局及生长动态.结果表明:(1)低程区土壤含水量显著高于高程区;低程区土壤颗粒组成与高程区相比有显著差异,低程区土壤为黏砂壤土,高程区为粉砂土;低程区土壤总有机碳、全氮、铵态氮和pH值等与高程区相比无显著差异,而其硝态氮、有效磷、全钾和速效钾含量低于高程区,全磷含量却恰好相反.(2)调查期间,南荻的分布格局随着植物的生长由均匀分布逐渐变为聚集分布,低程区聚集强度更大;(3)南荻的生物量和高度均随时间增长而迅速增加,且低程区的总生物量和增长量均高于高程区;南荻的密度和基径随时间增长而增加,之后趋于平稳,且低程区均高于高程区.结果分析表明,水位高程差异引起的土壤含水量的显著变化可能是影响南荻分布格局和生长动态最重要的因素.因此,适度地调控水位、增加土壤水分含量可能是控制南荻群落扩张的重要措施.     

洞庭湖流域气候变化特征(1961-2003年)

以22个气象站1961-2003年的气象观测数据为基础,对洞庭湖流域的气温、降水和参照蒸散量进行趋势与突变分析．从1970年开始,洞庭湖流域经历了一个缓慢而稳定的增温过程,1990s发生突变进入快速增温时期;尤其是是在春、冬季节,这种突变式的增温特征非常显著;秋季持续而稳定增温,而夏季气温并无明显变化．进入1990s,洞庭湖流域降水有明显增多,尤其是夏季降水突变式增加;与此同时,夏季暴雨频率也突变式增大,但是暴雨强度并无明显变化．1900s迄今,参照蒸散量持续而稳定的减少,夏季减少量尤为显著．全球变暖的区域响应,驱动洞庭湖流域水循环速度加快,夏季降水增多,而蒸发能力减弱,这是1990s洞庭湖流域洪水频发的主要气候因子．     

近60年洞庭湖水位演变态势研究

辨析洞庭湖历史水位演变态势对保护湖泊生态系统健康运转以及确保长江中下游防洪安全和水资源利用均至关重要。为了定量评估洞庭湖近60年来水位变化特征、程度及规律,基于洞庭湖鹿角、杨柳潭和南咀水文站1961—2020年逐日水位监测数据,应用Mann-Kendall检验法、小波分析法、累积距平法、滑动t检验法等方法对洞庭湖水位变化趋势性、周期性、突变性进行分析,进而采用IHA-RVA法综合评价洞庭湖突变年前后各站点水位改变度和整体水位改变度。研究结果表明:(1) 1961—2020年,鹿角站和杨柳潭站年均水位呈上升趋势,南咀站年均水位呈下降趋势;3个站点水位周期性变化较为明显,呈现4～5个时间尺度的周期变化规律,第一主周期为55～56年;鹿角站水位突变年份为1979、2003年,杨柳潭站水位突变年份为1978、2003年,南咀站水位突变年份为2003年,综合确定2003年为3个站点突变年份。(2)通过分析突变前后3个站点的水位、时间、频率、延时和改变率5组32个水位指标改变度,发现杨柳潭站水位改变度大于鹿角站和南咀站,鹿角、杨柳潭、南咀站的整体水位改变度分别为43%、48%、42%,均属于中度改...